基于DSP的電動(dòng)汽車輪轂電機(jī)控制器設(shè)計(jì)

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1、·電機(jī)技術(shù)·!""#年第!$卷第$期!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!基于!"#的電動(dòng)汽車輪轂電機(jī)控制器設(shè)計(jì)傅周興!王秋妍!蘆剛"（!#西安科技大學(xué)電控學(xué)院$!%%&’"#西北工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院$!%%$"）摘要介紹了電動(dòng)汽車用永磁無刷直流輪轂型電機(jī)的數(shù)字控制系統(tǒng)，提出了一種基于()*的高效永磁輪轂電機(jī)控制器設(shè)計(jì)，其核心控制算法采用數(shù)字*+運(yùn)算。采用()*+,-%./%!%，不僅簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的外圍設(shè)備，降低了系統(tǒng)的功耗，而

2、且提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞電動(dòng)汽車()*控制器01(,2機(jī)的控制系統(tǒng)。$引言隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，稱之為綠色環(huán)保汽車的電動(dòng)汽車，因其具有零排放污染、節(jié)約石油資源等優(yōu)點(diǎn)，越來越受到重視，并成為"!世紀(jì)的重要交通工具。研究效率高、響應(yīng)快、調(diào)速范圍廣、安全可靠的電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已成為必然。電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)有四方面：電池技術(shù)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)、電動(dòng)汽車整車技術(shù)、能量管理技術(shù)［!］。電機(jī)驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)作為電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的核心部分，它的性能直接影響電動(dòng)汽車的性能指標(biāo)。本文根據(jù)課題研究

3、實(shí)踐，進(jìn)行了電動(dòng)汽車用輪轂電機(jī)控制器的軟硬件設(shè)計(jì)。圖!控制系統(tǒng)原理框圖本設(shè)計(jì)電機(jī)采用三相星形繞組和“三相六拍—%控制方案!"%=方波型”驅(qū)動(dòng)。主電路由蓄電池組提供直流控制系統(tǒng)主要由控制電路、霍爾位置傳感器、電，不需要整流電路。系統(tǒng)上電以后，,*>將檢電流傳感器、驅(qū)動(dòng)電路、功率逆變電路、直流永磁測(cè)到的電機(jī)霍爾位置傳感器信號(hào)，作為相導(dǎo)通的控?zé)o刷電機(jī)以及,34總線通信接口組成，整個(gè)系統(tǒng)制信號(hào)，并由,*>解算出電機(jī)轉(zhuǎn)速。當(dāng),*>接收具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、效率高、響應(yīng)快等特到外部速度控制指令時(shí)，,*>將根據(jù)輸入的給

4、定點(diǎn)。其系統(tǒng)原理框圖如圖!所示。轉(zhuǎn)速和實(shí)際轉(zhuǎn)速，產(chǎn)生一系列占空比變化的*<2控制電路的核心采用25678695:公司的!/位定脈沖信號(hào)，控制功率開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)電機(jī)調(diào)速專用()*芯片()*+,-%./%!%。該芯片對(duì)直流無刷電機(jī)的速度閉環(huán)調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)具有較好采用!/位（數(shù)據(jù)）改良的哈佛結(jié)構(gòu)，具有專門的的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能。硬件乘法器，采用流水線操作，有卓越的數(shù)據(jù)處理在系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，過流保護(hù)電路，可防止能力，可進(jìn)行高速數(shù)字信號(hào)處理；支持;路*<2輪轂電機(jī)繞組電流過載而造成損壞。驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路輸出；具有

5、輸入捕捉、輸出比較模塊；兩個(gè)事件管檢測(cè)系統(tǒng)的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，如果系統(tǒng)中出現(xiàn)故障，理模塊；!/通道3／(轉(zhuǎn)換器（!%位）。因此可減可通過故障保護(hù)電路，封鎖*<2的輸出。系統(tǒng)中少外圍硬件電路，實(shí)現(xiàn)電機(jī)高精度、高效率控制，,34總線通信接口模塊，更適合電動(dòng)汽車的通信且控制靈活，抗干擾能力強(qiáng)，更適合于直流無刷電功能?！?!—基于1.$的電動(dòng)汽車輪轂電機(jī)控制器設(shè)計(jì)!""#年第!$卷第$期!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!在系統(tǒng)設(shè)計(jì)

6、時(shí)，還要合理進(jìn)行軟硬件的分工，需要三個(gè)電流傳感器，本文采用一個(gè)電流霍爾傳感以達(dá)到系統(tǒng)最優(yōu)性能［!］。器（見圖’），放置在直流側(cè)，檢測(cè)直流端電流，也完成了控制要求［<］。其工作原理是：電流傳感!調(diào)速系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)器放在直流端，通過設(shè)定使$;,信號(hào)高電平有!"#$%&’(電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖效，1.$的專用定時(shí)器（時(shí)基周期寄存器）$0=驅(qū)動(dòng)電路如圖!所示。驅(qū)動(dòng)芯片選用安捷倫公$+5，設(shè)定$0#-6寄存器為連續(xù)加減計(jì)數(shù)方式，司生產(chǎn)的門極驅(qū)動(dòng)光耦合器"#$%—&’()，其內(nèi)部每六次$;,周期中斷為一個(gè)電流采樣周期，啟動(dòng)集

7、成集電極*發(fā)射極!#+（對(duì)于,-./+0而言是41#采樣電流信號(hào)，這樣每次進(jìn)行電流信號(hào)采樣!1.）飽和壓降檢測(cè)電路及故障狀態(tài)反饋電路、兼的時(shí)刻均在$;,的有效期間，從而實(shí)現(xiàn)了單電流容#,-.／00%電平、光隔離、耐高壓（最大電壓傳感器的相電流檢測(cè)?？蛇_(dá)’!223）、“軟”關(guān)斷等特點(diǎn)，同時(shí)還提供電!"!速度檢測(cè)電路源欠電壓保護(hù)、過電流保護(hù)等保護(hù)功能。本設(shè)計(jì)采本設(shè)計(jì)所采用的直流無刷電機(jī)有三個(gè)霍爾位置用雙極性驅(qū)動(dòng)方式，使電機(jī)在四個(gè)象限上工作，而傳感器$4、$>、$#，且每隔&2?安裝一個(gè)。它有且雙極性驅(qū)動(dòng)更適用于要

8、求伺服性能好、頻繁并迅兩個(gè)作用，一是用來控制電機(jī)換向，二是用來計(jì)算速實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的場(chǎng)合（如電動(dòng)車）。電機(jī)轉(zhuǎn)過的角度，即電機(jī)轉(zhuǎn)速?；魻栁恢脗鞲衅鞯妮敵鲋苯优c1.$的電平變化通知端口相連。電機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，傳感器輸出&個(gè)脈寬為’@2?電角度、依次滯后’!2?電角度、占空比為A2B的高低電平波形，轉(zhuǎn)子位置信號(hào)波形如圖&所示。圖!驅(qū)動(dòng)電路功率管采用4$0公司的功率開關(guān)管4$0!2,!!%35，它是一種